地铁矿山法区间隧道结构设计指南.doc

地铁矿山法区间隧道结构设计指南
验收文件之三
北京地铁矿山法区间隧道
结构设计计算指南
（试用）
北京市轨道交通建设管理有限公司
二○○六年十二月
支护喷射混凝土的强度等级不得小于C20。C20喷射混凝土的极限强度可采用：轴心抗压15 MPa，弯曲抗压18 MPa， MPa，弹性模量为21GPa (注：喷射混凝土的强度等级指采用喷射大板切割法，制作成边长为10cm的立方体试块，在标准条件下养护28d，) 。
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3 设计计算荷载
荷载分类和荷载组合
隧道结构设计荷载类型及名称应按表3-1采用。
表3-1 地下结构荷载分类表
荷载类型
荷载名称
永
久
荷
载
结构自重
地层压力
结构上部和受影响范围内的设施及建筑物压力
水压力及浮力
混凝土收缩及徐变影响
设备重量
地基下沉影响
可
变
荷
载
基本可
变荷载
地面车辆荷载及其动力作用
地面车辆荷载引起的侧向土压力
地铁车辆荷载及其动力作用
人群荷载
其他可
变荷载
温度变化影响
施工荷载
偶然荷载
地震荷载
人防荷载
注：(1)设计中要求考虑的其他荷载，可根据其性质分别列入上述三类荷载中；
(2)表中所列荷载未加说明者，可根据国家有关规范或根据实际情况确定；
(3)施工荷载包括：设备运输及吊装荷载，施工机具及人群荷载，施工堆载，相邻施工的影响等荷载。
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确定荷载的数值时，应考虑施工和使用过程中发生的变化。
结构设计时应按结构可能出现的最不利工况组合进行计算。可能出现的荷载组合有基本组合、长期效应组合、抗震偶然组合和人防偶然组合。荷载组合形式如表3-2所示。
表3-2 荷载组合形式
序号
组合
永久荷载
可变荷载
偶然荷载
地震荷载
人防荷载
1
基本组合
√
2
长期效应组合
√
√
3
抗震偶然组合
√
√
√
4
人防偶然组合
√
√
√
地层压力
竖向均布压力
(3-1)
式中 ——地层重度，为上覆地层重度加权平均值，；
、——第i层地层重度和厚度。
——隧道上覆地层厚度；
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——开挖断面宽度；
D1——竖向土压力保持不变的起始深度，。
其中，；；
; ；
——上覆地层内摩擦角加权平均值，；
——第i层地层内摩擦角。
——上覆地层内聚力加权平均值，；
——第i层地层内聚力。
——断面高度。
竖向荷载与隧道埋深的关系如图3-1曲线所示。
侧向均布压力
(3-2)
式中 ——洞顶地层的垂直压力；
——隧道开挖高度内各地层内摩擦角的层厚加权平均值；
其他符号同前。
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D
埋深h
竖向荷载
D1
图3-1 地层竖向压力计算图式
地面车辆荷载引起的附加压力
竖向压力
在道路下方的地下结构，地面车辆及施工荷载可按20kPa的均布荷载取值，并不计冲击压力的影响。
车辆荷载的侧向压力
地面车辆荷载传递到地下结构上的侧压力，可按下式计算：
(3-3)
(3-4)
式中 ——侧压力系数
其它符号意义同前。
地震荷载
在衬砌结构横截面和沿结构纵轴方向的抗震设计和抗震稳定性检算中采用地震变形法，即以隧道所在位置的地层位移作为地震对结构作用的输入。在北京地区隧道结构抗震设防基本烈度为7度或8度条件下，地震偶然荷载值(或影响程度)小于按上级批复人防抗力标准的人防偶然荷载。因此，在计入人防偶然荷载时，可不验算地震偶然荷载。
等代的静地震荷载包括：结构本身和洞顶上方土柱的水平、垂直惯性力以及主动土压力增量。
水平地震荷载可分为垂直和沿着隧道纵轴两个方向进行计算。由于地震垂直加速度峰值一般为水平加速度的1/2~2/3，而且也缺乏足够的地震记录，因此对震级较小和对垂直地震振动不敏感的
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结构，可不考虑垂直地震荷载的作用。只有在验算结构的抗浮能力时才计及垂直惯性力。
水压力
一般静水压力可使隧道结构内力